三次平衡理论在区域水资源供需平衡分析中的应用

洪 倩

(安徽省水利水电勘测设计院，合肥 230088)

1 研究区基本情况

合肥是安徽省会城市，也是皖江城市带承接产业转移示范区的核心区域，近年来随着城镇化、工业化、农业现代化加快推进，城市空间格局不断扩展，区域用水需求增长较快。合肥市地处江淮丘陵区，地下水资源极为匮乏，其当地水资源主要为降水产生的地表径流，多年平均水资源总量为39.01亿m3，人均水资源量523 m3，仅为人均1 000 m3的国际水资源紧缺标准的约1/2，属资源型缺水城市。经分析，现状2010水平年(基准年)合肥市域一般年份(50%保证率)可基本达到水资源供需平衡；遇中等干旱年份(75%保证率)出现供需缺口，缺水量为5.77亿m3；特殊干旱年份(95%保证率)，缺水量激增至15.48亿m3，供需矛盾尖锐[1]。由于需承载快速增长的区域用水，现状合肥市域当地地表水资源利用率已达60%，河道生态用水逐步被挤占，市域河流、湖泊水生态环境状况堪忧。

根据区域中长期发展战略，至2030年，合肥市将成为安徽省经济增长的核心，市域人口达到1 300～1 500万人，以占全省约8%的国土面积，承载全省约20%的人口和30%的经济总量，担负引领全省发展的重要任务。区域发展要求和相对薄弱的水资源条件，成为合肥市可持续发展过程中的主要矛盾。

2 基于三次平衡理论的水资源供需平衡分析方法

为充分揭示2030水平年合肥市水资源供需态势，采用基于三次平衡理论的供需平衡分析方法，重点研究区域节流与开源的关系，当地水资源与境外调水的合理利用关系，常规水源与非常规水源的利用关系，识别各类水资源配置工程和措施对区域缺水的缓解作用与程度[2-4]。

(1)以现状供水能力为基础的一次供需平衡。一次供需平衡分析是基于现状用水水平和供水能力，不考虑新增节水措施的前提下，对未来区域水资源的供需特征进行分析，其目的是充分暴露在外延式发展模式下，区域水资源供需中可能发生的最大缺口，为合理配置节水、防污、挖潜及新增供水措施提供基础。一次平衡分析的可供水量中，包括利用现有工程调入的境外水量。

(2)以当地水资源承载能力为基础的二次供需平衡。二次供需平衡分析是在一次供需平衡的基础上，从需求端通过技术经济可行的各项强化节水措施，抑制不合理的用水增长；从供给端通过现有供水工程的进一步挖潜改造和优化布局，提高非常规水资源特别是再生水利用程度，使一次供需平衡中出现的缺口有所下降，区域水资源供需矛盾得到缓解，同时可适当退减部分挤占的河道生态用水。

(3)以境外调水补充当地水为基础的三次供需平衡。在水资源二次供需平衡分析的基础上，对仍然存在的供需缺口，近一步考虑加大对境外水(包括跨区域和跨流域调水)的利用，对当地水和境外水进行统一配置。在三次供需平衡中，境外调水量的确定充分考虑调出区经济发展和生态环境用水基本需求，与相关调水工程规划布局相衔接。

3 分析实例

3.1 一次供需平衡分析

(1)外延式发展模式需水量[5]分析。①生活需水量。生活需水量采用人均日用水量方法进行预测。外延式发展模式下，生活用水定额根据合肥市经济社会发展水平、居民生活水平，在不考虑进一步采取节水措施的情况下，分别拟定各水平年城镇综合生活和农村居民生活用水定额，结合人口预测成果，进行生活需水量预测。预测2030年合肥市生活需水量为13.10 亿m3，其中城镇生活12.26亿m3，农村生活0.84亿m3。②工业需水量。一般工业需水量采用万元增加值用水量法进行预测，火电工业采用单位装机容量(万kW)用水量法进行预测。外延式发展模式下，一般工业用水定额根据未来10～20 a合肥市工业产业发展规划布局、工业结构调整，在基准年基础上不考虑进一步采取节水措施综合确定规划水平年工业定额。预测2030年，合肥市工业需水量为23.50亿m3，其中一般工业22.07亿m3，火电1.43亿m3。③农业需水量。农田灌溉需水量根据农田灌溉发展面积和市域各灌区长系列调节计算不同年型的综合灌溉定额确定。林牧渔畜需水包括林果地灌溉、牲畜需水和鱼塘补水。分别依据林果地灌溉面积、牲畜头数和鱼塘补水面积和相应需水定额确定。林果地灌溉采用多年平均定额，鱼塘亩均补水定额根据鱼塘渗漏量及水面蒸发量与降水量的差值加以确定。预测2030年，合肥市多年平均、平水年、中等干旱年份和特殊干旱年份农业需水量分别为21.54、19.37、26.58和37.72亿m3，其中多年平均、平水年、中等干旱年份和特殊干旱年份农田灌溉需水量分别为20.69、18.52、25.73和36.87亿m3，多年平均林牧渔畜需水量0.85亿m3。④河道外生态需水量。规划水平年河道外生态需水量中，城镇绿化等以植被需水为主体的生态环境需水量，采用定额预测方法；湖泊、湿地、城镇河湖补水等，以规划水面面积的水面蒸发量与降水量之差为其生态环境需水量。预测2020年，合肥市河道外生态需水量为1.66亿m3，2030年河道外生态需水量为2.02亿m3。⑤需水总量。外延式需水模式下，预测至2030年，合肥市多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份总需水量分别为60.15、57.98、65.19和76.33亿m3。

(2)一次供需平衡可供水量分析。根据一次供需平衡分析原则，在不考虑对现有工程挖潜和新建供水工程的条件下，至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分别为36.22、38.75、38.73和37.58亿m3。规划水平年一次供需平衡可供水量分析成果见表1。需要说明的是，在一次供需平衡情景下，可供水量计算未考虑对挤占的河道内生态用水的退还。

(3)一次供需平衡分析结论。在外延式发展模式下，即使不考虑河道内生态用水需求，以现状供水能力去应对持续增长的用水需求，合肥市2020、2030水平年多年平均缺水量分别为13.61和23.93亿m3。中等干旱年份，缺水量分别增加到16.07和26.46亿m3。在特殊干旱年份，用水缺口进一步增加，至2020年缺水量达到28.12亿m3，2030年达到38.75亿m3。一次供需平衡分析成果见表1。

表1 不同水平年一次供需平衡成果表 亿m3

3.2 二次供需平衡分析

(1)强化节水模式下的需水量分析。强化节水模式下的需水分析，即是在充分考虑未来一段时期合肥市居民生活水平提高、产业结构调整以及国民经济各部门节水技术推广与普及情况，按照经济合理、技术可行的原则，在现状用水水平基础上，通过强化节水，压减用水指标，分析支撑合肥市经济社会发展所必需的合理用水量。预测强化节水模式下，2030水平年合肥市一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份总需水量分别为42.82、40.24、45.18和57.77亿m3。在强化节水的发展模式下，合肥市2030水平年多年平均需水量可较外延式发展模式减少20%以上，干旱年份可减少约25%～30%。

(2)二次供需平衡可供水量。通过现有供水工程的进一步挖潜改造和优化布局，特别是对非常规水源的增加利用，在保障河道内生态用水的基础上，分析至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分别为31.64、30.77、34.34和36.55亿m3。非常规水源利用量由基准年的0.67亿m3提高至2.61亿m3，净增加1.94亿m3。在二次供需平衡中，考虑到改善区域河流及湖泊水生态环境的要求，多年平均退还河道内生态用水量4.58亿m3。

(3)二次供需平衡分析结论。通过强化节水措施的实施以及对当地水源特别是非常规水源利用的挖潜， 2030水平年合肥市域多年平均缺水量降低至11.18亿m3，缺水率由一次供需平衡的39.8%降低至26.1%，缺水程度有所缓解，但中等干旱年份、特殊干旱年份供需仍有较大缺口，未根本解决区域的供需矛盾。二次供需平衡分析成果见表2。

通过二次供需平衡，分析得出在充分考虑节水治污和挖潜当地水源条件下，可承载人口956.96万人、工业增加值6 331.10亿元、农业灌溉面积33.65万hm2，相较区域经济社会发展目标，超载人口443.04万人、超载工业增加值1 511.90亿元、超载农业灌溉面积6.25万hm2，需由域外调水予以补充，以满足经济社会可持续发展和维护良性生态环境需求。

表2 不同水平年二次供需平衡成果表 亿m3

3.3 三次供需平衡分析

(1)境外调水工程总体布局。二次供需平衡分析成果显示，仅依靠节水和当地水源挖潜，无法根本解决干旱年份合肥市缺水问题，必须依靠境外调水工程补源。根据安徽省水资源配置工程规划布局[6]及淠史杭灌区水量分配方案[7]，合肥市域可利用的境外调水工程包括引江济淮工程、驷马山引江工程等，依托这两项引江工程，可自长江引水入合肥市。此外，规划利用位于相邻六安市淠史杭灌区的龙河口水库向合肥市跨区域调水。

(2)新增调水工程增供水量。①引江工程。2030年依托引江济淮、驷马山引江等工程建设，合肥市多年平均增加供水量6.53亿m3，一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份分别增加供水量5.20、6.73和11.57亿m3。为实现优水优用，保障未来城市用水需求，依托引江工程建设，利用巢湖水源及长江水源置换淠史杭灌区农业用水，释放优质水源供给城市，将农业用水转化为城市用水，2030年可增加供水量2.85亿m3。②龙河口水库供水工程。2030年龙河口水库多年平均调入合肥市的水量为1.2亿m3，一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份调入合肥市的水量分别为1.4、0.8和0.6亿m3。

(3)三次供需平衡可供水量。在二次供需平衡分析的基础上，通过新建境外调水工程，至2030年市域多年平均、一般年份、中等干旱年份和特殊干旱年份可供水量分别为42.21、40.21、44.70和51.56亿m3。

(4)三次供需平衡分析结论。在二次供需平衡的基础上，通过调水工程建设，至2030年多年平均将新增供水量10.57亿m3，50%、75%和95%保证率新增供水量9.44、10.37和15.01 亿m3。预测至2030年，平水年份和中等干旱年份，合肥市可基本实现供需平衡。特殊干旱年份，缺水量也由二次供需平衡情景下的21.22亿m3降低至6.20亿m3，缺水率由36.7%下降至10.7%。合肥市不同水平年供需平衡成果分别见表3。

表3 不同水平年三次供需平衡成果表 亿m3

4 结 语

研究表明，三次平衡分析法可以较好地识别区域节水、非常规水源利用、境外调水工程等在缓解区域缺水情势中所起的作用与程度。对于水资源紧缺地区，在当地供水水源受限，开发利用达到一定程度时，节水和非常规水源利用将成为必然选择，在一次供需平衡的基础上，通过节水和计入非常规水源利用量，可分析立足当地水资源，通过压缩需求、治污和挖潜非常规水源供水，所能解决的供需缺口。而二次供需平衡分析得出的缺水量，则反映了当地水资源承载力条件所不能解决的供需缺口，该缺口仅依靠区域内合理、可行的经济技术手段无法解决，必须寻求境外水源[8]。需要说明的是，三次供需平衡分析中，所参与分析的境外调水水源，需依赖更大尺度的流域或区域的水资源优化配置成果，综合考虑确定。

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[1] 洪 倩，陈昌才，金 昕，等．合肥市城市水资源配置规划[R]．合肥：安徽省水利水电勘测设计院，2015.

[2] 王 浩，秦大庸，王建华．黄淮海流域水资源合理配置[M]．北京：科学出版社，2003.

[3] 王 浩，王建华，秦大庸．流域水资源合理配置的研究进展与发展方向[J]．水科学进展，2004，15(1)：123-128.

[4] 谢新民，甘 泓，李洪尧，等．基于三次平衡配置的水资源承载能力分析[J]．中国水利水电科学研究院学报，2006，4(3)：191-195.

[5] 谢新民，张庆海，尹明万，等．水资源评价及可持续利用规划理论与实践[M]．郑州：黄河水利出版社，2003.

[6] 朱 青，洪 倩，陈昌才，等．安徽省水资源综合规划[R]．合肥：安徽省水利水电勘测设计院，2014.

[7] 陈昌才，洪 倩，王 万，等．安徽省中西部重点区域及淠史杭灌区水量分配方案[R]．合肥：安徽省水利水电勘测设计院，2011.

[8] 李其峰，谢新民，付意成．基于三次平衡的五家渠市水资源优化配置研究[J]．水电能源科学，2011， 29(3)：5-10，28.